WO2020057762A1 - Vorrichtung zum formen eines kunststoffbauteils - Google Patents

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WO2020057762A1 PCT/EP2018/079809 EP2018079809W WO2020057762A1 WO 2020057762 A1 WO2020057762 A1 WO 2020057762A1 EP 2018079809 W EP2018079809 W EP 2018079809W WO 2020057762 A1 WO2020057762 A1 WO 2020057762A1
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Markus Agerer
Sebastian Schmidhuber
Robert Brunner
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Kraussmaffei Technologies Gmbh
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    • B29K2105/04—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped cellular or porous

Definitions

  • the present invention relates to a device for molding a plastic component with at least one cavity, which can be used in devices for producing plastic components by means of pultrusion or extrusion.
  • the present invention relates to such devices with which a mass can be introduced into the cavity simultaneously with the production of plastic components with cavities.
  • Pultrusion processes also called extrusion processes
  • extrusion processes are usually used for this.
  • Pultrusion processes are continuous manufacturing processes for the production of (fiber-reinforced) plastic profiles.
  • continuous fibers or also other semi-finished forms, scrims, fabrics or inserts
  • plastic polyurethane, polyamide, epoxy resin or the like
  • These profiles can also be made with one or more cavities.
  • cores usually have to be introduced into the tool in order to be able to produce cavities.
  • the mixture of continuous fiber and plastic is then passed around the core and hardens when it is guided past the core, so that at the end of the core there is a plastic component with a continuous cavity corresponding to the diameter of the core. This can then be fed to further processing steps.
  • An example of plastic components produced by pultrusion are frames for plastic windows, the profiles of which are pultruded before they are cut and joined to the frame.
  • thermoplastic, curable compositions are continuously produced from one under pressure shaping opening (also called nozzle, die, mouthpiece or extrusion mask) pressed out. This creates bodies with the cross-section of the opening, called extrudate, in theoretically any length.
  • pressure shaping opening also called nozzle, die, mouthpiece or extrusion mask
  • Foaming profiles and other hollow components including with PUR, e.g. made for the purpose of thermal insulation.
  • PUR e.g. made for the purpose of thermal insulation.
  • An example of this are double-walled pipes, which are manufactured using the extrusion process and in which the outer cavity is foamed with PUR using a PUR dosing system.
  • Another example is refrigerators, in which a cavity between the outer and inner housing is also filled with PUR.
  • the foaming of window profiles for thermal insulation is also known.
  • fiber-reinforced plastic profiles can be produced continuously in the pultrusion process. However, these are either filled with a similar plastic-fiber mixture on the inside or hollow on the inside. Simultaneous foaming of the cavity (“online” during the pultrusion process) is not possible with the usual pultrusion systems.
  • Foaming of window profiles made of PVC in particular takes place in a discontinuous process, since the temperatures at the points in the manufacturing process are too high where PU entry would be possible.
  • the discontinuous foaming of the sawn profiles represents additional costs in comparison to a continuous foaming process when producing the profile.
  • double-walled pipes are currently foamed before the outer pipe is extruded.
  • the PUR insulation layer is preformed relatively elaborately after it has been applied to the inner tube.
  • the outer tube is then extruded over the PUR layer.
  • the process is very complex and therefore expensive.
  • the subsequent foaming of the space between the two pipes that have already been brought together is difficult and not continuously possible with the usual methods.
  • Mass can be completely or partially filled.
  • a device for molding a plastic component can have a body that is for use in a device for producing
  • Plastic components from a first mass is suitable and which is designed such that when used in the device for generating
  • the first mass is brought past the body into a shape which has at least one cavity which is continuous in the direction of the past.
  • the device has a conduit system arranged in the body, through which a second mass can be expelled from one end of the body in order to introduce the second mass into the cavity while the first mass is being guided past the body.
  • the device thus consists of a body, in a device for producing plastic components, in particular in a pultrusion or extrusion tool, around which the raw material of the plastic component flows (fiber-plastic mixture during pultrusion, thermoplastic materials during extrusion).
  • the body shapes the (first) mass from which the Plastic component is manufactured, its shape such that downstream of the flow direction of the process, at least one hollow space is created in the mass or the plastic component.
  • the body can, for example, have the shape of a core usually used in a pultrusion tool or the shape of an extrusion mask usually used in an extrusion tool.
  • the body has a conduit system through which the second mass passes through the body is led to an outlet which opens into the cavity.
  • the second mass is thus led through the line system to one end of the body and from there is expelled into the cavity.
  • the end or side of the body with the outlet thus points in the direction of flow of the process, i.e. is arranged downstream in the flow direction.
  • the second mass can be introduced into the cavity created by the presence of the body in the first mass or in the plastic component, while the first mass is guided past the body, i.e. while the plastic component is being manufactured. This enables the simultaneous filling of cavities of plastic components with the production.
  • the first mass can be any common starting material or mixture of substances that is usually used for the production of plastic components.
  • the second mass can also be any material or combination of substances that can be transported through a line system arranged in the body.
  • the second mass can, for example, form a foam in the cavity when exiting the body or the line system.
  • the second mass can be mixed in the body from several components. However, it is also possible to pass a one-component mass through the lines or a mass that was mixed from different components before entering the pipe system.
  • the dimensions of the body and the pipe system are only limited by the respective area of application, i.e. by the process used to produce plastic, the first mass used and / or the second mass used for the filling.
  • the shape of the body and the design and arrangement of the pipe system in the body are ultimately determined by the physical loads acting on the body and the physical parameters of the masses used (e.g. density, viscosity, temperature, physical state and the like).
  • Devices designed accordingly for molding a plastic component are then suitable for use in a wide variety of applications in the production of plastic components.
  • the device can furthermore have a mixing device which is arranged at the end of the body in the body and is connected to the line system, the line system having at least two lines which are suitable for supplying a respective mixing component to the mixing device, and the mixing device is suitable is to generate the second mass from the mixing components supplied to it by mixing and to expel it from the body.
  • a mixing device which is arranged at the end of the body in the body and is connected to the line system, the line system having at least two lines which are suitable for supplying a respective mixing component to the mixing device, and the mixing device is suitable is to generate the second mass from the mixing components supplied to it by mixing and to expel it from the body.
  • the line system therefore does not necessarily have to be designed only for transporting the second mass through the body, but can open into a mixing device which is arranged in the body in such a way that it generates the second mass by mixing and dispenses it from the body.
  • a mixing device which is arranged in the body in such a way that it generates the second mass by mixing and dispenses it from the body.
  • the number of mixing components here is advantageously two in order to allow a simple construction of the device. But if necessary, more than two feed lines can be provided for more than two mixing components.
  • the feed lines can be formed by cutouts in the body.
  • special, for example particularly resistant, lines can also be embedded in the body.
  • the arrangement of the mixing device directly at the outlet for the second mass, or by the outlet from the mixing device directly, guarantees that a reaction in the second mass, e.g. leads to the formation of a foam or to hardening of the mixing components, after the ejection of the second mass takes place. On the one hand, this prevents damage to the device and, on the other hand, guarantees that the filler applied by the device has the correct properties, which improves or ensures the quality of the plastic component produced.
  • the mixing device can be suitable for the static or dynamic mixing of mixing components at a pressure of less than 100 bar, preferably less than 50 bar or 20 bar.
  • the mixing device thus represents a low-pressure mixer in which the preferably liquid mixing components are mixed with one another at relatively low pressure.
  • a static mixing device can be used, in which the mixing components, guided by fixed components of the mixing device, flow into one another and mix.
  • dynamic mixing devices can also be used, in which movable components of the mixing device bring about or support the mixing of the mixing components.
  • Low-pressure mixing devices of this type have the advantage that less stringent manufacturing requirements have to be made of them, in particular with regard to the pressure resistance of the mixing device and the feed lines connected to it. This makes production easier and therefore cheaper.
  • the mixing device can also be suitable for mixing the mixing components by high-pressure countercurrent injection at a pressure of more than 100 bar.
  • the mixing device essentially consists of a nozzle through which the mixing components are applied at such a high pressure that complete mixing takes place. This extends the applicability of the device, but also leads to higher demands on the pressure resistance of the line system used.
  • One of the lines may be suitable for supplying a polyol and another of the lines for supplying an isocyanate.
  • the mixing device can then be suitable for producing a polyurethane foam from the polyol and isocyanate supplied by mixing and ejecting it from the body.
  • the device is particularly suitable for use in tools for the production of plastic components which are to be given a heat-insulating or stabilizing filling, as is the case e.g. is the case for the production of window profiles or refrigerator housings.
  • a complex, subsequent introduction of the thermal insulation filling can thereby be avoided, which can save costs.
  • the body can have a greater extent in one direction than in the other two directions, in particular a longitudinal extent of more than 1,000 mm and a maximum transverse extent of less than 100 mm, preferably less than 50 mm, and the line system and / or the mixing device may be suitable to eject the second mass in the direction of the larger expansion of the body.
  • a body which, in contrast to its transverse dimensions, is very elongated has the result that a plastic part produced by passing it past the body consists of finished, ie fully reacted, hardened and / or cooled, plastic. The risk is thus avoided that an interaction between the first mass and the second mass occurs due to the introduction of the second mass and is influenced by the properties of the masses to the negative.
  • a body that is long compared to the transverse dimensions thus improves the product properties of the manufactured plastic component or ensures that these product properties are achieved.
  • the line system can be designed free of valves and / or only have feed lines, but no return lines. This ensures the simplest possible construction of the device, which also makes it possible to design the device in a space-saving manner.
  • the thickness of the body can be reduced by such a configuration, thereby making it possible to manufacture cavities with smaller cross-sectional dimensions.
  • the device or parts thereof are produced by a 3D printing process or additive manufacturing (e.g. laser melting or laser sintering).
  • additive manufacturing e.g. laser melting or laser sintering
  • This makes it possible, in particular, to produce line systems in the body or a particularly elongated shape of the body directly in an additive process, such as the 3D printing process.
  • this facilitates production and, on the other hand, enables shapes for the body that could not be produced using other methods.
  • a device for producing plastic components by means of pultrusion has means for producing fiber-reinforced plastic components by pultrusion and a device for molding the plastic components, as described above.
  • the means for producing the fiber-reinforced plastic components are suitable for pultruding along the body, thereby creating the cavity, and the end of the body from which the second mass is expelled is downstream in the flow direction of the pultrusion. If the device described above is used in a pultrusion tool, the mixture of continuous fiber and plastic is guided past the body. By curing along the body, the fiber-reinforced plastic component becomes dimensionally stable in such a way that at the end of the body, depending on the shape of the body or the number of different bodies, one or more cavities are created.
  • This or these can then be completely or partially filled with the second mass (also different for several cavities), in particular with an insulating or stability-supporting foam.
  • the second mass also different for several cavities
  • an insulating or stability-supporting foam in particular with an insulating or stability-supporting foam.
  • a device for producing plastic components by means of extrusion has means for producing plastic components by extrusion through an extrusion mask and a device for molding the plastic components, as described above.
  • the body is part of the extrusion mask and the end of the body from which the second mass is ejected is downstream in the flow direction of the extrusion.
  • the body of the device is the part of the extrusion mask which is arranged between the outlet openings for the different layers of the extrudate.
  • the body is at least the part of the extrusion mask lying between the outlet openings of the plastic forming the respective tubes.
  • a device as described above can also be used in the food industry, for example, to provide food molds obtained by extrusion with a filling.
  • FIG. 1A and 1B show a schematic representation of an apparatus for molding a plastic component
  • Fig. 2 is a schematic representation of a further device for
  • FIGS. 1A and 1B shows a schematic illustration of a device for producing plastic components using the device for molding the plastic component shown in FIGS. 1A and 1B;
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of a cross section through a plastic component produced with the device shown in FIG. 3.
  • FIG. 1A shows a schematic side view of a device 100 for molding plastic components with a body 110 and a conduit system 120 leading through the body 110.
  • FIG. 1B schematically shows a cross section through the device 100 along the line A-A.
  • the device 100 is suitable for giving plastic components, which are produced in an endless process, a shape during manufacture, in that a mass from which the plastic components are manufactured is guided past the device 100, in particular pressed or pressed past it. For example, on the device 100 a mass along the in FIG. 1A shown arrow when the device 100 is used in an apparatus or device for producing or producing plastic parts.
  • the mass from which the plastic parts are produced migrates here along the body 110 to an end 112 of the body 110 which is downstream in the flow direction of the mass.
  • the outer shape of the body 110 is completely or partially enclosed by the mass, so that when the mass hardens or reacts to the desired plastic, an inner shape of the plastic corresponds to the outer shape of the body 110.
  • a cavity is thus formed in the plastic part by the device 100 or by its body 110. If several bodies 110 are used or if the body 110 comprises crotches or the like, plastic parts with more than just one cavity can also be produced.
  • the mass for producing the plastic parts can be any suitable material.
  • the cross-section of the body 110 can have any shape that is required for the plastic part to be produced. As shown by way of example in Fig. 1B, the body 110 may have an approximately rectangular cross-section, e.g. if the plastic parts are part of window frames. The body 110 can also have a round cross section, e.g. in the manufacture of plastic pipes. An irregular cross section with indentations and protrusions is also conceivable if this is desired for the shape of the plastic component.
  • the body 110 can have different lengths.
  • the body 110 when the device 100 is used in a pultrusion tool, ie the body 110 is the core of the pultrusion tool, the body 110 can be designed to be relatively long, for example with a length-to-width ratio of 30: 1, 20: 1 or 10: 1.
  • a cross-sectional dimension of the body can be less than 100 mm or less than 50 mm, while the length of the body is more than 1,000 mm.
  • a mixture of fibers and plastic (first mass) led past the body 110 can cool, harden and / or react along the body 110 in order to be sufficiently cool and / or stable (chemical and / or stable) during the filling with the second mass. or to be physical).
  • the body 110 can have an elongated shape in order to achieve the advantages mentioned above.
  • the body 110 can, however, also be made relatively compact here and represent the part of an extrusion mask through which the first mass is pressed.
  • the body 110 may also have channels that allow the first mass to be partially passed through the body 110 to e.g. to produce double-walled or multi-walled extrudates.
  • the shape of the body 110 can thus be flexibly adapted to the respective area of use.
  • the forms shown in the figures are only examples and should not be regarded as restrictive.
  • the line system 120 leads through the body 110 of the device 100.
  • the line system 120 is suitable for passing a (second) mass which differs from the (first) mass from which the plastic component is made, through the body 110 and into that of the Eject body 110 shaped cavity of the plastic component.
  • the line system 120 thus ends at the end 112 of the body 110 which is downstream in the flow direction of the first (and also the second) mass.
  • the second mass therefore passes through the line system 120 into the cavity formed in the first mass or the plastic component, while the first mass is being guided past the body for the production of the plastic component.
  • the introduction of the second mass into the cavity takes place simultaneously with the production of the plastic part.
  • the line system 120 can have a first line 122 and a second line 124. However, there can also be more than two or only a single line in the line system 120.
  • a A plurality of lines can be present, for example, in order to distribute the second mass more evenly in the cavity of the plastic part by ejection from the lines, so that a homogeneous filling is produced.
  • the line system 120 it is possible for the line system 120 to end with the downstream end 112 of the body 110 without further components connected to the line system 120, ie lines of the line system 120 expel the second mass directly from the body 110. Lines of the line system 120 then serve as outlet openings from the body 110.
  • the second mass emerging from the body 110 is to consist of more than one component
  • Line system 120 but also various materials are promoted.
  • the arrangement of the lines in the body 110 or at the end 112 thereof can then e.g. can be used to create a layered filling of the cavity with different materials.
  • the lines can end directly at the end 112 of the body 110.
  • a mixing device 130 can be attached to the end 112 of the body 110 or can be formed therein.
  • the pipe system 120 leads the
  • Mixer 130 then a plurality of e.g. to liquid mixing components which are mixed by the mixing device 130 in a manner known per se.
  • two lines 122, 124 can be provided which convey two different mixing components, such as a polyol and an isocyanate, to the mixing device 130.
  • the mixing device 130 can be any component that can be inserted into the device 100.
  • the mixing device 130 can operate in the low pressure range, ie at a pressure of less than 100 bar or 50 bar or 20 bar. This represents the stability of the Mixing device 130 and the line system 120 have only minor requirements, which makes production of the device 100 easier.
  • the mixing device 130 can mix the plurality of mixing components statically or dynamically. This means that the mixing device 130 is either designed such that thorough mixing of the mixing components is brought about solely by the design of fixed components of the mixing device 130 lying in the flow path of the mixing components (static mixer). Or, alternatively or additionally, the mixing device 130 is equipped with movable components which, through their movement, bring about or support the mixing process (dynamic mixer).
  • the mixing device 130 may also be suitable for mixing a plurality of mixing components under high pressure conditions, i.e. at more than 100 bar.
  • the mixing components are already brought to a pressure necessary in line system 120 and then e.g. mixed in a mixing nozzle by countercurrent injection and discharged from the body 110.
  • any other configuration can be used in the device 100 that allows a mixture of several mixing components to be introduced into the cavity of the plastic component produced by passing the body 100 past. If necessary and if there is sufficient space in the body 110, more than one mixing device 130 with the corresponding feed lines can also be provided in the device 100. In the case of appropriately large cavities, this then permits uniform filling with the mixed mass. Likewise, several cavities in the molded plastic component can be filled with the same or different masses (in each case mixed or unmixed) via several line systems in one or more bodies.
  • device 100 to fill cavities of the components that are produced by device 100 with an insulating, stabilizing or other properties foam that is produced by mixing a plurality of mixing components in mixing device 130, directly in the production of plastic components is produced.
  • an insulating, stabilizing or other properties foam that is produced by mixing a plurality of mixing components in mixing device 130.
  • a polyurethane foam can be injected directly into the plastic components.
  • plastic components filled with a heat-insulating or stabilizing material can thus be produced in one operation.
  • the filling of the cavity can give the finished component further properties, such as, for example, a changed heat or sound conductivity or changed elasticity or shear modules.
  • the line system 120 formed in the body 110 can be designed without valves located in the body, i.e. the line system 120 is connected via connection valves 126 provided outside the body 110 at one end of the body 110 to storage containers for the second mass or for mixed components for their production. Once the mass / components have been introduced into the body 110, they flow towards the end 112 with the mixing device 130 or outlets. In this sense, the device 100 can also be designed without return lines, which serve to return substances from the body 110 to storage containers. This achieves a simple and inexpensive construction of the device 100.
  • the device 100 can be produced in particular by an additive method, such as a 3D printing method.
  • an additive method such as a 3D printing method.
  • This makes it possible, for example, to form the line system 120 directly in the body 110 without having to mill or drill it out of the body 110.
  • bodies 110 of great length can be produced which are completely interspersed in the longitudinal direction with line systems 120 and cannot be realized or can only be implemented with great effort using other manufacturing methods.
  • 3D Printing methods to design the outer shape of the body 110 almost arbitrarily, which makes it possible to use devices 100 for molding plastic components as described above in a wide range of manufacturing plastic components.
  • the device 100 can e.g. can be used as part of an extrusion mask or as the core of a pultrusion device.
  • Figure 2 shows e.g. a cross section through an extrusion mask with the device 100, which can be used for the production of double-walled tubes.
  • the first mass, from which the tube walls are created, is pressed through the two brightly colored rings.
  • the body 110 can have an annular cross section.
  • the outer tube is then made by pressing the first mass past the outside of the body 110, while the inner tube is made by pressing the first mass along the inside of the body 110.
  • the annular body 110 surrounds an inner part of the extrusion mask and is itself surrounded by an outer part of the extrusion mask. In this case it is also possible to manufacture the inner tube from a different material than the outer tube.
  • the body 110 can also represent the entire extrusion mask and have channels through which the first mass is pressed through the rings shown in light color. Then the inner and outer tubes are made of the same material. It goes without saying that by using other, appropriately shaped bodies, any other shape of plastic parts can also be extruded. In particular, molds with more or less than two walls can be extruded in any configuration.
  • FIG. 2 shows an example of two outlet openings of a line system 120 present in the body 110. These serve to evenly fill the cavity between the two pipes made by extrusion with the second mass. It goes without saying that systems with one or more than two outlet openings are also possible. The from the Masses applied to outlet openings can differ here or be identical.
  • Mixing devices 130 can also be fitted in the outlet openings.
  • the conduit system 120 may end in each of the outlet openings in a mixing device 130 as described above with reference to FIG. 1A. This also allows component mixtures to be incorporated into the extrudate, e.g. a reactive plastic such as polyurethane.
  • the extension of the body 110 perpendicular to the plane of the drawing in FIG. 2 can be arbitrary.
  • those through the extrusion openings, i.e. the brightly represented rings, separate areas of the extrusion mask extend differently out of the drawing plane, e.g. to guide the extrudate along an annular body 110 which extends further forward for some time before the second mass is introduced from the line system 120 or the mixing device 130 into the cavity of the extrudate formed by the body 110. This ensures that the plastic component has cooled sufficiently and / or is stable before the second mass is introduced.
  • the device 100 thus makes it possible to fill a cavity in the extrudate, such as the space between two tubes, during the extrusion in one operation together with the production of the extrudate.
  • the body 110 of the device 100 and the arrangement of the line system (s) 120 and mixing device (s) 130 can differ in their design from the example shown in FIG. 2.
  • the specific configuration here is based on the actually manufactured plastic component, without impairing the basic property of the device 100, at the same time forming at least one cavity in a plastic component and filling it with a mass, for example with an insulating or stabilizing foam.
  • FIG. 3 schematically shows the use of a device 100, as shown in FIG. 1A, in a pultrusion device 200.
  • the use of the representation of the device from FIG. 1A only serves to simplify the description here. It goes without saying that any other type of configuration of the device 100 is possible, as discussed above.
  • continuous fibers 210 are made with plastic (s), such as e.g. Polyurethane, polyamide, epoxy resin or the like, mixed.
  • plastic such as e.g. Polyurethane, polyamide, epoxy resin or the like.
  • the mixture By passing this mixture, which acts as the first mass, past the body 110 of the device 100, which serves as the core in the pultrusion device 200, the mixture obtains a profile corresponding to the finished plastic component, e.g. a window frame profile.
  • a hollow space is thus formed in the plastic component, the cross section of which corresponds to the cross-sectional circumference of the body 110.
  • a plurality of cores or bodies 110 can also be arranged in the pultrusion device 200, which then generate a plurality of flute spaces in the plastic component.
  • This flute is then e.g. at the end of the pultrusion device 200 from the downstream end of the body 110, e.g. a second mass is introduced by means of a mixing device 130, shown enlarged in FIG. 3, as described above, e.g. an insulating or stabilizing foam, such as polyurethane foam. It is therefore possible to provide a flute space in a plastic component with a filler directly during its manufacture, as a result of which a complicated and costly subsequent filling is unnecessary. The result is shown by way of example in FIG. 4, in which an internal filler completely fills an external plastic profile.
  • a large longitudinal extension of the body 100 guarantees that this Plastic profile at the end of the body 110 has already cooled sufficiently and / or is stable so that it can be filled with the desired material without any problems. This allows, in particular, the direct filling of window profiles during their manufacture in an endless process. However, a more compact shape of the body 110 may also be sufficient for other applications.
  • the device 100 for molding plastic components described above with reference to pultrusion and extrusion processes makes it possible in a simple manner to provide a wide variety of plastic components with cavities with a filling directly during their production. This eliminates subsequent production steps, which enables large cost savings and faster production.
  • the invention described above by way of example is only limited by the subject matter of the following claims.

Abstract

Eine Vornchtung (100) zum Formen eines Kunststoffbauteils weist einen Körper (110) auf, der zum Verwenden in einer Vorrichtung zum Erzeugen von Kunststoffbauteilen aus einer ersten Masse geeignet ist und der derart ausgebildet ist, dass bei der Verwendung in der Vorrichtung zum Erzeugen von Kunststoffbauteilen die erste Masse durch Vorbeiführen an dem Körper (110) in eine Form gebracht wird, die mindestens einen Hohlraum aufweist, der in Richtung des Vorbeiführens durchgängig ist. Die Vorrichtung (100) weist zudem ein in dem Körper (110) angeordnetes Leitungssystem (120) auf, durch das eine zweite Masse aus einem Ende (112) des Körpers (110) ausgestoßen werden kann, um die zweite Masse in den Hohlraum einzubringen, während die erste Masse an dem Körper (110) vorbeigeführt wird.

Description

Beschreibung
Vorrichtung zum Formen eines Kunststoffbauteils
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Formen eines Kunststoffbauteils mit mindestens einem Hohlraum, die in Vorrichtungen zum Erzeugen von Kunststoffbauteilen mittels Pultrusion oder Extrusion verwendet werden kann. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung derartige Vorrichtungen, mit denen gleichzeitig mit dem Erzeugen von Kunststoffbauteilen mit Hohlräumen eine Masse in den Hohlraum eingebracht werden kann.
Es ist bekannt, Kunststoffbauteile in Endlosfertigung herzustellen. Hierzu werden üblicherweise Pultrusionsverfahren (auch Strangziehverfahren genannt) oder Extrusionsverfahren verwendet.
Pultrusionsverfahren stellen kontinuierliche Herstellungsverfahren zur Fertigung von (faserverstärkten) Kunststoffprofilen dar. Hierzu werden in einem Pultrusionswerkzeug Endlosfasern (oder auch andere Halbzeugformen, Gelege, Gewebe oder Einleger) mit Kunststoff (Polyurethan, Polyamid, Epoxidharz oder dergleichen) vermischt und zu einem Profil geformt. Diese Profile können auch mit einem Hohlraum oder mehreren Hohlräumen gefertigt werden. Um Hohlräume hersteilen zu können, müssen üblicherweise sogenannte Kerne in das Werkzeug eingebracht werden. Die Mischung aus Endlosfaser und Kunststoff wird dann um den Kern geführt und härtet bei Vorbeiführen am Kern aus, sodass am Ende des Kerns ein Kunststoffbauteil mit einem dem Durchmesser des Kerns entsprechenden durchgängigen Hohlraum vorliegt. Dieses kann dann weiteren Verarbeitungsschritten zugeführt werden. Ein Beispiel für durch Pultrusion hergestellte Kunststoffbauteile sind Rahmen für Kunststofffenster, deren Profile pultrudiert werden, bevor sie geschnitten und zum Rahmen gefügt werden.
Bei Extrusionsverfahren werden feste bis dickflüssige, üblicherweise thermoplastische, härtbare Massen unter Druck kontinuierlich aus einer formgebenden Öffnung (auch als Düse, Matrize, Mundstück oder Extrusionsmaske bezeichnet) herausgepresst. Dabei entstehen Körper mit dem Querschnitt der Öffnung, Extrudat genannt, in theoretisch beliebiger Länge. Bekannt sind dabei Verfahren, bei denen zwei Rohre ineinander extrudiert werden, wobei der Raum zwischen den beiden Rohren mit Polyurethan (PUR) ausgeschäumt werden kann.
Ein Ausschäumen von Profilen und anderen hohlen Bauteilen, u.a. mit PUR, wird z.B. zum Zwecke der Wärmeisolation vorgenommen. Ein Beispiel hierfür sind doppelwandige Rohre, die im Extrusionsverfahren hergestellt werden und bei denen der äußere Hohlraum mittels einer PUR-Dosieranlage mit PUR ausgeschäumt wird. Ein anderes Beispiel sind Kühlschränke, bei denen ebenfalls ein Hohlraum zwischen äußerem und innerem Gehäuse durch PUR gefüllt wird. Bekannt ist auch das Ausschäumen von Fensterprofilen zur Wärmeisolation.
Mit den aus dem Stand der Technik bekannten Anlagen bzw. Verfahren ist es jedoch nicht möglich, Kunststoffbauteile in einem Schritt zu formen und zusätzlich mit einem weiteren Material zu füllen, wie etwa einem Kunststoffschaum.
Zum Beispiel können im Pultrusionsverfahren zwar kontinuierlich faserverstärkte Kunststoffprofile hergestellt werden. Diese sind jedoch entweder im Inneren mit einem gleichartigen Kunststoff-Faser-Gemisch gefüllt oder innen hohl. Ein gleichzeitiges Ausschäumen („online“ während des Pultrusionsvorgangs) des Hohlraums ist mit den üblichen Pultrusionsanlagen nicht möglich.
Insbesondere das Ausschäumen von Fensterprofilen aus PVC findet in einem diskontinuierlichen Verfahren statt, da die Temperaturen an den Stellen des Herstellungsprozesses zu hoch sind, an denen ein PUR-Eintrag möglich wäre. Das diskontinuierliche Ausschäumen der gesägten Profile stellt jedoch im Vergleich zu einem kontinuierlichen Schäumprozess direkt bei der Herstellung des Profils Mehrkosten dar. Im Extrusionsverfahren findet derzeit das Ausschäumen von doppelwandigen Rohren vor der Extrusion des äußeren Rohrs statt. Die PUR-Isolationsschicht wird nach der Aufbringung auf das innere Rohr relativ aufwendig vorgeformt. Danach wird das Außenrohr über die PUR-Schicht extrudiert. Das Verfahren ist sehr aufwendig und damit teuer. Auch das nachträgliche Ausschäumen des Zwischenraums zwischen den beiden bereits zusammengebrachten Rohren ist mit den üblichen Verfahren schwierig und nicht kontinuierlich möglich.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Probleme zu lösen und eine Vorrichtung anzugeben, mit der ein Kunststoffbauteil in eine Form mit mindestens einem Hohlraum gebracht und der Hohlraum gleichzeitig mit einer
Masse ganz oder teilweise aufgefüllt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Eine Vorrichtung zum Formen eines Kunststoffbauteils kann einen Körper aufweisen, der zum Verwenden in einer Vorrichtung zum Erzeugen von
Kunststoffbauteilen aus einer ersten Masse geeignet ist und der derart ausgebildet ist, dass bei der Verwendung in der Vorrichtung zum Erzeugen von
Kunststoffbauteilen die erste Masse durch Vorbeiführen an dem Körper in eine Form gebracht wird, die mindestens einen Hohlraum aufweist, der in Richtung des Vorbeiführens durchgängig ist. Dabei weist die Vorrichtung ein in dem Körper angeordnetes Leitungssystem auf, durch das eine zweite Masse aus einem Ende des Körpers ausgestoßen werden kann, um die zweite Masse in den Hohlraum einzubringen, während die erste Masse an dem Körper vorbeigeführt wird.
Die Vorrichtung besteht also aus einem Körper, der in einer Vorrichtung zum Erzeugen von Kunststoffbauteilen, insbesondere in einem Pultrusions- oder Extrusionswerkzeug, von dem Rohmaterial des Kunststoffbauteils umflossen wird (Faser-Kunststoffgemisch bei der Pultrusion, thermoplastische Massen bei der Extrusion). Hierdurch prägt der Körper der (ersten) Masse aus der das Kunststoffbauteil gefertigt wird, seine Form derart ein, dass stromab der Fließrichtung des Prozesses zumindest ein Flohlraum in der Masse bzw. dem Kunststoffbauteil entsteht. Der Körper kann z.B. die Form eines üblicherweise in einem Pultrusionswerkzeug verwendeten Kerns oder die Form einer üblicherweise in einem Extrusionswerkzeug verwendeten Extrusionsmaske aufweisen.
Um nun eine weitere, sich von der ersten Masse zumindest in ihren physikalischen Eigenschaften, wie Dichte, Viskosität, Aggregatszustand oder dergleichen, unterscheidende zweite Masse in den hierdurch erzeugten Flohlraum einzubringen, weist der Körper ein Leitungssystem auf, durch das die zweite Masse durch den Körper zu einem Auslass geführt wird, der in den Hohlraum mündet. Die zweite Masse wird also durch das Leitungssystem zu einem Ende des Körpers geführt und von dort in den Hohlraum ausgestoßen. Das Ende bzw. die Seite des Körpers mit dem Auslass zeigt also in Fließrichtung des Prozesses, d.h. ist in Fließrichtung stromab angeordnet.
Auf diese Weise kann die zweite Masse in den durch das Vorhandensein des Körpers erzeugten Hohlraum in der ersten Masse bzw. in dem Kunststoffbauteil eingebracht werden, während die erste Masse an dem Körper vorbeigeführt wird, d.h. während das Kunststoffbauteil gefertigt wird. Ein mit der Fertigung simultanes Auffüllen von Hohlräumen von Kunststoffbauteilen wird damit ermöglicht.
Bei der ersten Masse kann es sich hierbei um jeden gängigen Ausgangsstoff bzw. jedes Stoffgemisch handeln, das üblicherweise für die Herstellung von Kunststoffbauteilen verwendet wird. Die zweite Masse kann ebenso jedes beliebige Material bzw. jede beliebige Stoffkombination sein, die durch ein in dem Körper angeordnetes Leitungssystem transportiert werden kann. Die zweite Masse kann zum Beispiel beim Austreten aus dem Körper oder dem Leitungssystem einen Schaum in dem Hohlraum ausbilden. Wie nachfolgend beschrieben kann die zweite Masse hierzu in dem Körper aus mehreren Komponenten gemischt werden. Es ist aber auch möglich, eine einkomponentige Masse durch die Leitungen zu führen oder eine Masse, die vor Eintritt in das Leitungssystem aus verschiedenen Komponenten gemischt wurde.
Die Abmessungen des Körpers und des Leitungssystems sind hierbei nur durch das jeweilige Anwendungsgebiet begrenzt, d.h. durch das verwendete Verfahren zur Kunststofferzeugung, die verwendete erste Masse und/oder die für die Füllung verwendete zweite Masse. Die Form des Körpers und die Ausgestaltung und Anordnung des Leitungssystems im Körper werden also schlussendlich durch die auf den Körper wirkenden physikalischen Belastungen und die physikalischen Parameter der verwendeten Massen (z.B. Dichte, Viskosität, Temperatur, Aggregatzustand und dergleichen) bestimmt. Demgemäß ausgebildete Vorrichtungen zum Formen eines Kunststoffbauteils eignen sich dann dazu, in verschiedensten Anwendungen der Erzeugung von Kunststoffbauteilen eingesetzt zu werden.
Die Vorrichtung kann des Weiteren eine Mischvorrichtung aufweisen, die an dem Ende des Körpers in dem Körper angeordnet und mit dem Leitungssystem verbunden ist, wobei das Leitungssystem zumindest zwei Leitungen aufweist, die zum Zuführen jeweils einer Mischkomponente zu der Mischvorrichtung geeignet sind, und die Mischvorrichtung geeignet ist, aus den ihr zugeführten Mischkomponenten die zweite Masse durch Mischen zu erzeugen und aus dem Körper auszustoßen.
Das Leitungssystem muss also nicht zwingend nur zum Transport der zweiten Masse durch den Körper ausgelegt sein, sondern kann in einer Mischvorrichtung münden, die derart im Körper angeordnet ist, dass sie die zweite Masse durch Mischen erzeugt und aus dem Körper ausbringt. Dies ist vor allem dann von Vorteil, wenn die zweite Masse erst durch eine Reaktion zwischen verschiedenen, z.B. flüssigen, Mischkomponenten entsteht, z.B. wenn die zweite Masse ein ein- oder mehrkomponentiger Reaktivkunststoff (etwa Polyurethan) ist. Die Anzahl der Mischkomponenten beträgt hierbei vorteilhafter Weise zwei, um einen einfachen Aufbau der Vorrichtung zu ermöglichen. Es können aber bei Bedarf auch mehr als zwei Zuleitungen für mehr als zwei Mischkomponenten vorgesehen sein. In einer besonders einfachen Ausgestaltung können die Zuleitungen durch Aussparungen im Körper gebildet sein. Es können aber, je nach zu fördernder Mischkomponente auch spezielle, z.B. besonders widerstandsfähige Leitungen in den Körper eingelassen sein.
Durch die Anordnung der Mischvorrichtung direkt am Auslass für die zweite Masse, bzw. durch das Auslassen aus der Mischvorrichtung direkt, wird garantiert, dass eine Reaktion in der zweiten Masse, die z.B. zur Ausbildung eines Schaumes oder zum Aushärten der Mischkomponenten führt, nach dem Ausstoß der zweiten Masse stattfindet. Hierdurch wird zum einen eine Beschädigung der Vorrichtung vermieden und zum anderen garantiert, dass der von der Vorrichtung ausgebrachte Füllstoff die richtigen Eigenschaften aufweist, wodurch die Qualität des hergestellten Kunststoffbauteiles verbessert bzw. sichergestellt wird.
Die Mischvorrichtung kann zum statischen oder dynamischen Mischen von Mischkomponenten bei einem Druck von weniger als 100 bar, vorzugsweise von weniger als 50 bar oder 20 bar, geeignet sein. Die Mischvorrichtung stellt also einen Niederdruck-Mischer dar, in dem die vorzugsweise flüssigen Mischkomponenten bei relativ geringem Druck miteinander vermischt werden. Zum Beispiel kann eine statische Mischvorrichtung verwendet werden, in der die Mischkomponenten, durch feststehende Bauteile der Mischvorrichtung gelenkt, ineinander strömen und sich vermischen. Es können aber auch dynamische Mischvorrichtungen verwendet werden, in denen bewegliche Bauteile der Mischvorrichtung die Mischung der Mischkomponenten herbeiführen oder unterstützen. Derartige Niederdruck-Mischvorrichtungen haben den Vorteil, dass weniger hohe Fertigungsanforderungen an sie gestellte werden müssen, insbesondere bezüglich der Druckbeständigkeit der Mischvorrichtung und der mit ihr verbundenen Zuleitungen. Dadurch wird die Herstellung einfacher und damit kostengünstiger. Die Mischvorrichtung kann aber auch zum Mischen der Mischkomponenten durch Hochdruck-Gegenstrominjektion mit einem Druck von mehr als 100 bar geeignet sein. In diesem Fall besteht die Mischvorrichtung im Wesentlichen aus einer Düse durch die die Mischkomponenten mit derart hohem Druck ausgebracht werden, dass eine vollständige Durchmischung stattfindet. Dies erweitert die Einsetzbarkeit der Vorrichtung, führt aber auch zu höheren Anforderungen an die Druckbeständigkeit des verwendeten Leitungssystems.
Eine der Leitungen kann zum Zuführen eines Polyols und eine andere der Leitungen zum Zuführen eines Isocyanats geeignet sein. Die Mischvorrichtung kann dann geeignet sein, aus dem zugeführten Polyol und Isocyanat durch Mischen und Ausstößen aus dem Körper einen Polyurethanschaum zu erzeugen. Dadurch eignet sich die Vorrichtung insbesondere für den Einsatz in Werkzeugen zur Herstellung von Kunststoffbauteilen, die eine wärmedämmende oder stabilisierende Füllung erhalten sollen, wie es z.B. für die Herstellung von Fensterprofilen oder Kühlschrankgehäusen der Fall ist. Ein aufwändiges, nachträgliches Einbringen der wärmedämmenden Füllung kann hierdurch vermieden werden, wodurch Kosten eingespart werden können.
Der Körper kann in einer Richtung eine größere Ausdehnung haben als in den beiden anderen Richtungen, insbesondere eine Längsausdehnung von mehr als 1.000 mm und eine maximale Querausdehnung von weniger als 100 mm, vorzugsweise von weniger als 50 mm, und das Leitungssystem und/oder die Mischvorrichtung kann geeignet sein, die zweite Masse in Richtung der größeren Ausdehnung des Körpers auszustoßen. Ein im Gegensatz zu seinen Querabmessungen stark langgestreckter Körper hat zur Folge, dass ein durch Vorbeiführen am Körper erzeugtes Kunststoffteil am Ende aus fertigem, d.h. ausreagiertem, ausgehärtetem und/oder abgekühltem Kunststoff besteht. Es wird also die Gefahr vermieden, dass durch das Einbringen der zweiten Masse eine Wechselwirkung zwischen der ersten Masse und der zweiten Masse auftritt, durch die Eigenschaften der Massen zum Negativen beeinflusst werden. Ein im Vergleich zu den Querabmessungen langer Körper verbessert also die Produkteigenschaften des hergestellten Kunststoffbauteils, bzw. stellt das Erreichen dieser Produkteigenschaften sicher.
Das Leitungssystem kann frei von Ventilen ausgebildet sein und/oder nur Zuleitungen, aber keine Rückleitungen autweisen. Dadurch wird ein möglichst einfacher Aufbau der Vorrichtung gewährleistet, der es zudem ermöglicht, die Vorrichtung in platzsparender Weise auszubilden. Insbesondere kann durch eine derartige Ausgestaltung die Dicke des Körpers verringert werden, wodurch eine Fertigung von Hohlräumen mit kleineren Querschnittsabmessungen ermöglicht wird. Eine Beeinträchtigung der Qualität der erzeugten Produkte ist hierbei nicht zu befürchten, da die Qualität bei Erzeugung von Kunststoffbauteilen im Endlosbetrieb rasch eingestellt werden kann, so dass nur am Beginn des Prozessablaufs mit einem wirtschaftlich unbedeutenden Ausschuss gerechnet werden muss.
In einem Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zum Formen eines Kunststoffbauteils, wie sie oben beschrieben wurde, wird die Vorrichtung oder Teile davon durch ein 3D-Druckverfahren oder additive Fertigung (z.B. Laserschmelzen oder Lasersintern) hergestellt. Dies ermöglicht es, insbesondere Leitungssysteme im Körper oder eine besonders langgestreckte Form des Körpers direkt in einem additiven Verfahren, wie dem 3D-Druckverfahren herzustellen. Dies erleichtert zum einen die Herstellung und ermöglicht zum anderen Formen für den Körper, die mit anderen Verfahren nicht herzustellen wären.
Eine Vorrichtung zum Erzeugen von Kunststoffbauteilen mittels Pultrusion weist Mittel zum Erzeugen von faserverstärkten Kunststoffbauteilen durch Pultrusion und eine Vorrichtung zum Formen der Kunststoffbauteile auf, wie sie oben beschrieben wurde. Hierbei sind die Mittel zum Erzeugen der faserverstärkten Kunststoffbauteile geeignet, am Körper entlang zu pultrudieren, wodurch der Hohlraum erzeugt wird, und das Ende des Körpers, aus dem die zweite Masse ausgestoßen wird, befindet sich in Fließrichtung der Pultrusion stromab. Wird die oben beschrieben Vorrichtung in einem Pultrusionswerkzeug eingesetzt, wird das Gemisch aus Endlosfaser und Kunststoff an dem Körper vorbeigeführt. Durch Aushärten entlang des Körpers wird das faserverstärkte Kunststoffbauteil derart formstabil, dass am Ende des Körpers, je nach Form des Körpers oder der Anzahl verschiedener Körper ein Hohlraum oder mehrere Hohlräume entstehen. Dieser bzw. diese können dann in oben beschriebener Weise mit der (für mehrere Hohlräume auch unterschiedlichen) zweiten Masse ganz oder teilweise aufgefüllt werden, insbesondere mit einem isolierenden oder stabilitätsunterstützenden Schaum. Auf dieser Weise ist es möglich, in zeit- und kostensparender Weise im Pultrusionsverfahren hergestellte und direkt mit einem Füllstoff versehene Kunststoffbauteile herzustellen, wie etwa Fensterrahmen.
Eine Vorrichtung zum Erzeugen von Kunststoffbauteilen mittels Extrusion weist Mittel zum Erzeugen von Kunststoffbauteilen durch Extrusion durch eine Extrusionsmaske und eine Vorrichtung zum Formen der Kunststoffbauteile auf, wie sie oben beschrieben wurde. Hierbei ist der Körper Teil der Extrusionsmaske und das Ende des Körpers, aus dem die zweite Masse ausgestoßen wird, befindet sich in Fließrichtung der Extrusion stromab.
Wird die oben beschriebene Vorrichtung für die Extrusion verwendet, ist der Körper der Vorrichtung der Teil der Extrusionsmaske, der zwischen den Austrittsöffnungen für die verschiedenen Lagen des Extrudats angeordnet ist. Werden z.B. ineinander liegende Rohre extrudiert, ist der Körper zumindest der zwischen den Austrittsöffnungen des die jeweiligen Rohre bildenden Kunststoffes liegende Teil der Extrusionsmaske. Durch das Einbringen eines Füllstoffes zwischen die Einzellagen während diese extrudiert werden, kann in rascher und einfacher Weise ein Schichtaufbau erzielt werden, der ansonsten nur, wenn überhaupt, in komplizierten, mehrstufigen Verfahren erreicht werden könnte.
Obwohl die obige Beschreibung sich hauptsächlich mit Kunststoffen als Materialien für die erste Masse und die zweite Masse befasst, versteht es sich von selbst, dass die gleichen Prinzipien auch auf die Herstellung von Elementen aus anderen Materialien anwenden lassen. So kann eine Vorrichtung wie sie oben beschrieben wurde, z.B. auch in der Lebensmittelindustrie verwendet werden, um durch Extrusion gewonnene Lebensmittelformen mit einer Füllung zu versehen.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die Kunststoffverarbeitung anhand der beigefügten Figuren beispielhaft beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1A und 1 B eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Formen eines Kunststoffbauteils;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer weiteren Vorrichtung zum
Formen eines Kunststoffbauteils;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Herstellen von Kunststoffbauteilen unter Verwendung der in den Fig. 1A und 1 B gezeigten Vorrichtung zum Formen des Kunststoffbauteils;
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein mit der in der Fig. 3 gezeigten Vorrichtung hergestelltes Kunststoffbauteil.
Die Fig. 1A zeigt eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung 100 zum Formen von Kunststoffbauteilen mit einem Körper 110 und einem durch den Körper 110 führendem Leitungssystem 120. Die Fig. 1 B zeigt schematisch einen Querschnitt durch die Vorrichtung 100 entlang der Linie A-A.
Die Vorrichtung 100 ist dazu geeignet, Kunststoffbauteilen, die in einem Endlosverfahren hergestellt werden, während der Herstellung eine Form zu geben, indem eine Masse, aus der die Kunststoffbauteile gefertigt werden, an der Vorrichtung 100 vorbeigeführt, insbesondere vorbeigedrückt bzw. -gepresst werden. So wird z.B. an der Vorrichtung 100 eine Masse entlang des in der Fig. 1A gezeigten Pfeils vorbeigeführt, wenn die Vorrichtung 100 in einer Apparatur bzw. Vorrichtung zum Herstellen bzw. Erzeugen von Kunststoffteilen eingesetzt wird.
Die Masse aus denen die Kunststoffteile erzeugt werden wandert hierbei entlang des Körpers 110 auf ein in Fließrichtung der Masse stromab liegendes Ende 112 des Körpers 110 zu. Die Außenform des Körpers 110 wird dabei von der Masse ganz oder teilweise umschlossen, so dass, wenn die Masse zu dem gewünschten Kunststoff aushärtet oder reagiert, eine Innenform des Kunststoffs der Außenform des Körpers 110 entspricht. Bei vollständigem Umschließen des Körpers 110 durch die Masse, bzw. das Kunststoffbauteil wird also im Kunststoffteil ein Hohlraum durch die Vorrichtung 100 bzw. durch deren Körper 110 geformt. Werden mehrere Körper 110 verwendet oder umfasst der Körper 110 Gabelungen oder dergleichen, können auch Kunststoffteile mit mehr als nur einem Hohlraum hergestellt werden. Die Masse zur Herstellung der Kunststoffteile kann hierbei jedes beliebige hierzu geeignete Material sein.
Der Querschnitt des Körpers 110 kann jede beliebige Form aufweisen, die für das zu erzeugende Kunststoffteil vonnöten ist. Wie in der Fig. 1 B beispielhaft gezeigt, kann der Körper 110 einen in etwa rechteckigen Querschnitt aufweisen, z.B. wenn es sich bei den Kunststoffteilen um Bestandteile von Fensterrahmen handelt. Der Körper 110 kann aber auch einen runden Querschnitt haben, z.B. bei der Herstellung von Kunststoffrohren. Ebenso ist ein unregelmäßiger Querschnitt mit Einbuchtungen und Vorsprüngen denkbar, wenn dies für die Form des Kunststoffbauteils gewünscht ist.
Je nach Einsatzgebiet kann der Körper 110 unterschiedliche Längen aufweisen. Zum Beispiel kann der Körper 110, wenn die Vorrichtung 100 in einem Pultrusionswerkzeug verwendet wird, d.h. der Körper 110 den Kern des Pultrusionswerkzeugs darstellt, relativ lang ausgebildet sein, z.B. mit einem Länge- zu-Breite-Verhältnis von 30:1 , 20:1 oder 10:1. Beispielsweise kann eine Querschnittsabmessung des Körpers weniger als 100 mm oder weniger als 50 mm betragen, während die Länge des Körpers mehr als 1.000 mm beträgt. Dies hat den Vorteil, dass ein an dem Körper 110 vorbeigeführtes Gemisch aus Fasern und Kunststoff (erste Masse) entlang des Körpers 110 abkühlen, aushärten und/oder ausreagieren kann, um während der Befüllung mit der zweiten Masse bereits ausreichend kühl und/oder stabil (chemisch und/oder physikalisch) zu sein.
Auch bei einem Einsatz in Extrusionsverfahren kann der Körper 110 eine langgestreckte Form aufweisen, um die oben genannten Vorteile zu erzielen. Der Körper 110 kann hier aber auch relativ kompakt ausgebildet sein und den Teil einer Extrusionsmaske darstellen, durch die die erste Masse gepresst wird. Der Körper 110 kann auch Kanäle aufweisen, die es erlauben, die erste Masse zum Teil durch den Körper 110 zu führen, um z.B. doppelwandige oder mehrwandige Extrudate zu erzeugen.
Die Form des Körpers 110 kann also flexibel an das jeweilige Einsatzgebiet angepasst werden. Insofern sind die in den Figuren dargestellten Formen nur beispielhaft und dürfen nicht als einschränkend angesehen werden.
Durch den Körper 110 der Vorrichtung 100 führt das Leitungssystem 120. Das Leitungssystem 120 ist geeignet, eine sich von der (ersten) Masse, aus der das Kunststoffbauteil gefertigt wird, unterscheidende (zweite) Masse durch den Körper 110 zu führen und in den von dem Körper 110 geformten Hohlraum des Kunststoffbauteils auszustoßen. Das Leitungssystem 120 endet also an dem Ende 112 des Körpers 110, das in Fließrichtung der ersten (und auch der zweiten) Masse stromab liegt. Die zweite Masse gelangt also durch das Leitungssystem 120 in den in der ersten Masse bzw. dem Kunststoffbauteil ausgebildeten Hohlraum, noch während die erste Masse zur Fertigung des Kunststoffbauteils am Körper vorbeigeführt wird. Das Einbringen der zweiten Masse in den Hohlraum erfolgt also bei Einsatz der Vorrichtung 100 gleichzeitig mit der Fertigung des Kunststoffteils.
Wie in der Fig. 1 B gezeigt, kann das Leitungssystem 120 eine erste Leitung 122 und eine zweite Leitung 124 aufweisen. Es können aber auch mehr als zwei oder nur eine einzelne Leitung in dem Leitungssystem 120 vorhanden sein. Eine Mehrzahl von Leitungen kann z.B. vorhanden sein, um durch Ausstoß aus den Leitungen die zweite Masse gleichmäßiger in dem Hohlraum des Kunststoffteils zu verteilen, so dass eine homogene Füllung entsteht. In diesem Fall ist es möglich, dass das Leitungssystem 120 ohne weitere an das Leitungssystem 120 angeschlossene Komponenten mit dem stromab gelegenen Ende 112 des Körpers 110 endet, d.h. Leitungen des Leitungssystems 120 stoßen die zweite Masse direkt aus dem Körper 110 aus. Leitungen des Leitungssystems 120 dienen dann als Auslassöffnungen aus dem Körper 110.
Vor allem wenn die aus dem Körper 110 austretende zweite Masse aus mehr als einer Komponente bestehen soll, können in verschiedenen Leitungen des
Leitungssystems 120 aber auch verschiedene Materialien gefördert werden. Die Anordnung der Leitungen im Körper 110 bzw. an dessen Ende 112 kann dann z.B. dazu verwendet werden, eine geschichtete Füllung des Hohlraums mit verschiedenen Materialien zu erzeugen. Auch hierzu können die Leitungen direkt an dem Ende 112 des Körpers 110 enden.
Alternativ hierzu ist es aber häufig gewünscht, eine Mischung aus mehreren Stoffen, wie etwa einen Schaum, aus dem Körper 110 in den Hohlraum des Kunststoffbauteils einzubringen. Hierzu kann, wie in der Fig. 1A beispielhaft gezeigt, eine Mischvorrichtung 130 am Ende 112 des Körpers 110 angebracht sein, bzw. in diesem ausgebildet sein. Das Leitungssystem 120 führt der
Mischvorrichtung 130 dann eine Mehrzahl von z.B. flüssigen Mischkomponenten zu, die von der Mischvorrichtung 130 in an sich bekannter Weise durchmischt werden. Wie in der Fig. 1A gezeigt können zum Beispiel zwei Leitungen 122, 124 vorgesehen sein, die zwei verschiedene Mischkomponenten, wie etwa ein Polyol und ein Isocyanat, zur Mischvorrichtung 130 fördern.
Bei der Mischvorrichtung 130 kann es sich um jedes beliebige Bauteil handeln, dass in die Vorrichtung 100 eingesetzt werden kann. Zum Beispiel kann die Mischvorrichtung 130 im Niederdruckbereich arbeiten, d.h. bei einem Druck von weniger als 100 bar oder 50 bar oder 20 bar. Dies stellt an die Stabilität der Mischvorrichtung 130 und des Leitungssystems 120 nur geringe Anforderungen, wodurch eine Fertigung der Vorrichtung 100 erleichtert wird.
Die Mischvorrichtung 130 kann die Mehrzahl von Mischkomponenten dabei statisch oder dynamisch mischen. Das heißt, die Mischvorrichtung 130 ist entweder derart ausgebildet, dass eine Durchmischung der Mischkomponenten bereits allein durch die Ausgestaltung von im Strömungspfad der Mischkomponenten liegenden, feststehenden Bauteilen der Mischvorrichtung 130 hervorgebracht wird (statischer Mischer). Oder die Mischvorrichtung 130 ist alternativ oder zusätzlich mit beweglichen Bauteilen ausgestattet, die durch ihre Bewegung den Mischprozess bewerkstelligen oder unterstützen (dynamischer Mischer).
Alternativ kann die Mischvorrichtung 130 auch dazu geeignet sein, eine Mehrzahl von Mischkomponenten unter Hochdruckbedingungen zu mischen, d.h. bei mehr als 100 bar. Die Mischkomponenten werden hierzu bereits im Leitungssystem 120 auf einen hierzu notwendigen Druck gebracht und dann z.B. in einer Mischdüse durch Gegenstrominjektion gemischt und aus dem Körper 110 ausgebracht.
Es versteht sich aber von selbst, dass neben den oben beschriebenen Varianten von Mischvorrichtungen 130 jede andere Ausgestaltung in der Vorrichtung 100 verwendet werden kann, die es erlaubt, eine Mischung von mehreren Mischkomponenten in den Hohlraum des durch Vorbeiführen an dem Körper 100 erzeugten Kunststoffbauteils einzubringen. Falls nötig und bei ausreichenden Platz im Körper 110 können auch mehr als eine Mischvorrichtung 130 mit den entsprechenden Zuleitungen in der Vorrichtung 100 vorgesehen sein. Dies erlaubt dann bei entsprechend großen Hohlräumen eine gleichmäßige Befüllung mit der gemischten Masse. Ebenso können über mehrere Leitungssysteme in einem oder mehreren Körpern mehrere Hohlräume in dem geformten Kunststoffbauteilen mit der gleichen oder auch verschiedenen Massen (jeweils gemischt oder ungemischt) gefüllt werden. Besonders hervorzuheben ist die Möglichkeit, mit der Vorrichtung 100 direkt bei der Herstellung von Kunststoffbauteilen Hohlräume der Bauteile, die durch die Vorrichtung 100 erzeugt werden, mit einem isolierenden, stabilisierenden oder andere Eigenschaften aufweisenden Schaum aufzufüllen, der durch Mischen von mehreren Mischkomponenten in der Mischvorrichtung 130 erzeugt wird. So kann z.B. bei der Verwendung von Polyolen und Isocyanaten als Mischkomponenten ein Polyurethanschaum direkt in die Kunststoffbauteile verspritzt werden. Es können durch Verwendung der Vorrichtung 100 also in einem Arbeitsgang mit einem wärmeisolierenden oder stabilisierenden Material gefüllte Kunststoffbauteile hergestellt werden. Zudem kann die Befüllung des Hohlraums dem fertigen Bauteil noch weitere Eigenschaften geben, wie z.B. eine veränderte Wärme- oder Schallleitfähigkeit oder veränderte Elastizitäts- oder Schermodule.
Um eine einfachere Fertigung der Vorrichtung 100 zu ermöglichen, kann das in dem Körper 110 ausgebildete Leitungssystem 120 ohne sich im Körper befindliche Ventile ausgebildet sein, d.h. das Leitungssystem 120 wird über außerhalb des Körpers 110 an einem Ende des Körpers 110 vorgesehene Anschlussventile 126 an Vorratsbehälter für die zweite Masse bzw. für Mischkomponenten zu deren Herstellung angeschlossen. Sobald die Masse/die Komponenten in den Körper 110 eingebracht wurden, strömen sie auf das Ende 112 mit der Mischvorrichtung 130 bzw. Auslässen zu. In diesem Sinne kann die Vorrichtung 100 auch ohne Rückleitungen ausgebildet sein, die zur Rückleitung von Stoffen aus dem Körper 110 zu Vorratsbehältern dienen. Dadurch wird ein einfacher und kostengünstig herzustellender Aufbau der Vorrichtung 100 erreicht.
Die Vorrichtung 100 kann insbesondere durch ein additives Verfahren, wie z.B. ein 3D-Druckverfahren hergestellt werden. Dies erlaubt es, z.B. das Leitungssystem 120 direkt in dem Körper 110 auszubilden, ohne es aus dem Körper 110 herausfräsen oder -bohren zu müssen. Dadurch können Körper 110 mit großer Länge hergestellt werden, die mit Leitungssystemen 120 in Längsrichtung vollständig durchsetzt und mit anderen Fertigungsverfahren nicht oder nur unter großem Aufwand realisierbar sind. Zudem erlaubt es die Verwendung von 3D- Druckverfahren, die äußere Form des Körpers 110 nahezu beliebig auszugestalten, wodurch es möglich wird, Vorrichtungen 100 zum Formen von Kunststoffbauteilen wie sie oben beschrieben wurden in einem breiten Bereich der Herstellung von Kunststoffbauteilen zu verwenden.
Wie oben bereits erwähnt kann die Vorrichtung 100 z.B. als Teil einer Extrusionsmaske oder als Kern einer Pultrusionsvorrichtung verwendet werden.
Die Fig. 2 zeigt z.B. einen Querschnitt durch eine Extrusionsmaske mit der Vorrichtung 100, die für die Herstellung von doppelwandigen Rohren verwendet werden kann. Die erste Masse, aus der die Rohrwände erzeugt werden, wird hierbei durch die beiden hell dargestellten Ringe gepresst. Der Körper 110 kann in diesem Fall einen ringförmigen Querschnitt aufweisen. Das außen liegende Rohr wird dann durch Pressen der ersten Masse an der Außenseite des Körpers 110 vorbei hergestellt, während das innen liegende Rohr durch Pressen der ersten Masse entlang der Innenseite des Körpers 110 erzeugt wird. Der ringförmige Körper 110 umfängt einen inneren Teil der Extrusionsmaske und ist selbst durch einen äußeren Teil der Extrusionsmaske umfasst. In diesem Fall ist es auch möglich, das innere Rohr aus einem anderen Material zu fertigen als das äußere Rohr. Alternativ kann der Körper 110 auch die gesamte Extrusionsmaske darstellen und Kanäle aufweisen, durch die die erste Masse durch die hell dargestellten Ringe gepresst wird. Dann sind inneres und äußeres Rohr aus dem gleichen Material gefertigt. Es versteht sich von selbst, dass durch die Verwendung anderer, entsprechend geformter Körper auch jede andere beliebige Form von Kunststoffteilen extrudiert werden kann. Insbesondere können auch Formen mit mehr oder weniger als zwei Wänden in beliebiger Ausgestaltung extrudiert werden.
Die Fig. 2 zeigt beispielhaft zwei Auslassöffnungen eines in dem Körper 110 vorhandenen Leitungssystems 120. Diese dienen dazu, den zwischen den beiden durch Extrusion gefertigten Rohren liegenden Hohlraum gleichmäßig mit der zweiten Masse zu befüllen. Es versteht sich von selbst, dass auch Systeme mit einer oder mehr als zwei Auslassöffnungen möglich sind. Die aus den Auslassöffnungen ausgebrachte Massen können sich hierbei unterscheiden oder auch identisch sein.
In den Auslassöffnungen können auch Mischvorrichtungen 130 angebracht sein. Zum Beispiel kann das Leitungssystem 120 in jeder der Auslassöffnungen in einer Mischvorrichtung 130 enden, wie sie oben mit Bezug auf die Fig. 1A beschrieben wurde. Dies erlaubt es, auch Komponentenmischungen in das Extrudat einzubringen, z.B. einen Reaktivkunststoff wie etwa Polyurethan.
Die Ausdehnung des Körpers 110 senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 2 kann hierbei beliebig sein. Insbesondere können die durch die Extrusionsöffnungen, d.h. die hell dargestellten Ringe, getrennten Bereiche der Extrusionsmaske sich verschieden weit aus der Zeichenebene heraus erstrecken, um z.B. das Extrudat entlang eines sich weiter nach vorne erstreckenden ringförmigen Körpers 110 noch einige Zeit zu führen, bevor die zweite Masse aus dem Leitungssystem 120 bzw. der Mischvorrichtung 130 in den durch den Körper 110 geformten Hohlraum des Extrudats eingebracht wird. Dadurch wird sichergestellt, dass das Kunststoffbauteil vor Einbringen der zweiten Masse ausreichend abgekühlt und/oder stabil ist.
Die Vorrichtung 100 ermöglicht es also, während der Extrusion einen im Extrudat befindlichen Hohlraum, wie etwa den Zwischenraum zwischen zwei Rohren, in einem Arbeitsgang zusammen mit der Herstellung des Extrudats zu befüllen. Es versteht sich von selbst, das je nach extrudierter Form der Körper 110 der Vorrichtung 100 und die Anordnung von Leitungssystem(en) 120 und Mischvorrichtung(en) 130 sich in ihrer Ausgestaltung von dem in der Fig. 2 gezeigten Beispiel unterscheiden können. Die konkrete Ausgestaltung richtet sich hierbei nach dem tatsächlich gefertigten Kunststoffbauteil, ohne die grundlegende Eigenschaft der Vorrichtung 100 zu beeinträchtigen, gleichzeitig zumindest einen Hohlraum in einem Kunststoffbauteil zu formen und diesen mit einer Masse zu befüllen, etwa mit einem isolierenden oder stabilisierenden Schaum. Die Fig. 3 zeigt in schematischer Weise den Einsatz einer Vorrichtung 100, wie sie in der Fig. 1A dargestellt ist, in einem Pultrusionsvorrichtung 200. Die Verwendung der Darstellung der Vorrichtung aus der Fig. 1A dient hier nur der Vereinfachung der Beschreibung. Es versteht sich von selbst, dass jede andere Art von Ausgestaltung der Vorrichtung 100 möglich ist, wie sie oben diskutiert wurde.
In der Pultrusionsvorrichtung 200 werden Endlosfasern 210 (oder auch andere Flalbzeugformen, Gelege, Gewebe oder Einleger) mit Hilfe von bekannten, nicht im Detail dargestellten Mitteln mit Kunststoff(en), wie z.B. Polyurethan, Polyamid, Epoxidharz oder dergleichen, vermischt. Durch Vorbeiführen dieser als erster Masse fungierenden Mischung am Körper 110 der Vorrichtung 100, der in der Pultrusionsvorrichtung 200 als Kern dient, erhält die Mischung ein dem fertigen Kunststoffbauteil entsprechendes Profil, z.B. ein Fensterrahmenprofil. Bei vollständigem Umfassen des Körpers 110 durch das Endlosfaser/Kunststoff- Gemisch wird also ein Flohlraum in dem Kunststoffbauteil geformt, dessen Querschnitt dem Querschnittsumfang des Körpers 110 entspricht. Bei Bedarf können auch mehrere Kerne bzw. Körper 110 in der Pultrusionsvorrichtung 200 angeordnet sein, die dann mehrere Flohlräume in dem Kunststoffbauteil erzeugen.
In diesen Flohlraum wird dann z.B. am Ende der Pultrusionsvorrichtung 200 aus dem sich in Fließrichtung stromab befindlichen Ende des Körpers 110, z.B. durch eine in der Fig. 3 in Vergrößerung dargestellte Mischvorrichtung 130 wie sie oben beschrieben wurde, eine zweite Masse eingebracht, z.B. ein isolierender oder stabilisierender Schaum, etwa Polyurethanschaum. Es kann also ein in einem Kunststoffbauteil vorhandener Flohlraum direkt bei dessen Fertigung mit einem Füllstoff versehen werden, wodurch eine komplizierte und kostspielige nachträgliche Befüllung entfällt. Das Ergebnis ist beispielhaft in der Fig. 4 gezeigt, in der ein innen liegender Füllstoff ein außen liegendes Kunststoffprofil vollständig ausfüllt.
Durch eine große Längsausdehnung des Körpers 100, wie sie oben diskutiert wurde und wie sie in der Fig.3 schematisch dargestellt ist, wird garantiert, dass das Kunststoffprofil am Ende des Körpers 110 bereits ausreichend abgekühlt und/oder stabil ist, dass eine Befüllung mit dem gewünschten Material problemlos möglich ist. Dies erlaubt insbesondere die direkte Befüllung von Fensterprofilen bei deren Herstellung im Endlosprozess. Für andere Anwendungen kann aber auch eine kompaktere Form des Körpers 110 ausreichend sein.
Die oben mit Bezug auf Pultrusions- und Extrusionsverfahren beschriebene Vorrichtung 100 zum Formen von Kunststoffbauteilen ermöglicht es, in einfacher Weise verschiedenste Kunststoffbauteile mit Hohlräumen direkt bei deren Herstellung mit einer Füllung zu versehen. Dadurch entfallen nachfolgende Produktionsschritte, wodurch große Kosteneinsparungen und eine schnellere Produktion ermöglicht werden. Die vorstehend beispielhaft beschriebene Erfindung ist hierbei nur durch den Gegenstand der folgenden Patentansprüche beschränkt.
Bezugszeichenliste
Vorrichtung zum Formen eines Kunststoffbauteils Körper
Ende des Körpers
Leitungssystem
Erste Leitung
Zweite Leitung
Anschlussventile
Mischvorrichtung
Pultrusionsvorrichtung
Endlosfasern

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung (100) zum Formen eines Kunststoffbauteils, wobei die Vorrichtung (100) aufweist:
einen Körper (110), der zum Verwenden in einer Vorrichtung zum Erzeugen von Kunststoffbauteilen aus einer ersten Masse geeignet ist und der derart ausgebildet ist, dass bei der Verwendung in der Vorrichtung zum Erzeugen von Kunststoffbauteilen die erste Masse durch Vorbeiführen an dem Körper (110) in eine Form gebracht wird, die mindestens einen Flohlraum aufweist, der in Richtung des Vorbeiführens durchgängig ist;
gekennzeichnet durch
ein in dem Körper (110) angeordnetes Leitungssystem (120), durch das eine zweite Masse aus einem Ende (112) des Körpers (110) ausgestoßen werden kann, um die zweite Masse in den Hohlraum einzubringen, während die erste Masse an dem Körper (110) vorbeigeführt wird.
2. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 , des Weiteren aufweisend
eine Mischvorrichtung (130), die an dem Ende (112) des Körpers (110) in dem Körper (110) angeordnet und mit dem Leitungssystem (120) verbunden ist; wobei
das Leitungssystem (120) zumindest zwei Leitungen (122, 124) aufweist, die zum Zuführen jeweils einer Mischkomponente zu der Mischvorrichtung (130) geeignet sind; und
die Mischvorrichtung (130) geeignet ist, aus den ihr zugeführten Mischkomponenten die zweite Masse durch Mischen zu erzeugen und aus dem Körper (110) auszustoßen.
3. Vorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
die Mischvorrichtung (130) zum statischen oder dynamischen Mischen von Mischkomponenten bei einem Druck von weniger als 100 bar, vorzugsweise von weniger als 50 bar oder 20 bar, geeignet ist.
4. Vorrichtung (100) nach Anspruch 2, wobei
die Mischvorrichtung (130) zum Mischen der Mischkomponenten durch Hochdruck-Gegenstrominjektion mit einem Druck von mehr als 100 bar geeignet ist.
5. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei
eine der Leitungen (122, 124) zum Zuführen eines Polyols und eine andere der Leitungen (122, 124) zum Zuführen eines Isocyanats geeignet ist; und
die Mischvorrichtung (130) geeignet ist, aus dem zugeführten Polyol und Isocyanat durch Mischen und Ausstößen aus dem Körper (110) einen Polyurethanschaum zu erzeugen.
6. Vorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
der Körper (110) in einer Richtung eine größere Ausdehnung hat als in den beiden anderen Richtungen, insbesondere eine Längsausdehnung von mehr als 1.000 mm und eine maximale Querausdehnung von weniger als 100 mm, vorzugsweise von weniger als 50 mm; und
das Leitungssystem (120) und/oder die Mischvorrichtung (130) geeignet ist, die zweite Masse in Richtung der größeren Ausdehnung des Körpers (110) auszustoßen.
7. Vorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
das Leitungssystem (120) keine Ventile und/oder nur Zuleitungen, aber keine Rückleitungen aufweist.
8. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei
die Vorrichtung (100) oder Teile davon durch ein 3D-Druckverfahren oder additive Fertigung hergestellt wird.
9. Vorrichtung (200) zum Erzeugen von Kunststoffbauteilen mittels Pultrusion, aufweisend:
Mittel zum Erzeugen von faserverstärkten Kunststoffbauteilen durch Pultrusion; und
eine Vorrichtung (100) zum Formen der Kunststoffbauteile gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7; wobei
die Mittel zum Erzeugen der faserverstärkten Kunststoffbauteile geeignet sind, am Körper (110) entlang zu pultrudieren, wodurch der Hohlraum erzeugt wird; und sich das Ende (112) des Körpers (110), aus dem die zweite Masse ausgestoßen wird, in Fließrichtung der Pultrusion stromab befindet.
10. Vorrichtung zum Erzeugen von Kunststoffbauteilen mittels Extrusion, aufweisend:
Mittel zum Erzeugen von Kunststoffbauteilen durch Extrusion durch eine Extrusionsmaske; und
eine Vorrichtung (100) zum Formen der Kunststoffbauteile gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7; wobei
der Körper (110) Teil der Extrusionsmaske ist; und
sich das Ende (112) des Körpers (110), aus dem die zweite Masse ausgestoßen wird, in Fließrichtung der Extrusion stromab befindet.
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